一种料场重量检测方法及系统 |
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| 申请号 | CN201410142259.X | 申请日 | 2014-04-10 | 公开(公告)号 | CN104977070A | 公开(公告)日 | 2015-10-14 |
| 申请人 | 湖南三德科技股份有限公司; | 发明人 | 朱先德; 吴汉炯; 方伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种料场重量检测方法及系统，该方法是在料场处的地基上布设压 力 传感装置，所述压力传感装置用来实时检测作用面积上的压力，并将所述压力换算成料场上物料的重量。该系统包括布设于料场处地基上的压力传感组件，所述压力传感组件实时检测作用面积上的压力并将所述压力换算成料场上物料的重量。本发明具有原理简单、操作方便、 稳定性 好、 精度 高、适用范围广、效率好等优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种料场重量检测方法，其特征在于，在料场处的地基上布设压力传感装置，所述压力传感装置用来检测作用面积上的压力，并将所述压力换算成料场上物料的重量。 |
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| 说明书全文 | 一种料场重量检测方法及系统技术领域背景技术[0002] 对于仓储、物流等领域而言，如何对库存进行实时监控，是一个至关重要的问题，尤其是对一些不规则物料的库存进行监控，至今都未能有一个合适的办法。如，大型人工砂石料场、港口仓库、人工堆山等，由于体积巨大，无法用常规的检测手段实现料场的人工称重，给货场管理带来不便。 [0003] 以电厂用燃煤的库存管理为例，对电厂燃煤的库存进行盘点，作为整个燃料管理系统中的一个环节，有着举足轻重的重要性。人们一直在寻求一种方法，可以准确地获得发电厂存煤量。早期人们用推土机将不规则煤堆整形，然后用尺子丈量，计算出煤堆的体积，再乘以煤的比重，得到存煤量，将这样的过程称为“盘煤”。但是，这种方法测量结果误差较大。 [0004] 为了准确地获得火电厂存煤量，节省发电成本，有从业者提出了使用激光盘煤测量装置。该系统大大改善了工人的劳动强度，减少了人为因素产生的测量误差，实现了煤场的自动化盘煤。但是，现有的激光盘煤测量装置也存在以下不足：1、精度低。目前技术的激光盘煤仪虽然便携式的比固定式的在煤堆分布适用性、测量范围适应性等都有所提高，但是基本的技术原理仍然是取点、建模及计算的过程。在取点方面，由于是间断取点，取点数量又有限，所以系统误差较大；另一方面，如果取点数量太大，又会导致测量的效率低下。现存技术只能在以上两方面进行权衡取舍。在建模方面，任何的理论模型都只是一个近似的模拟方法，实际中煤堆的形状和分布形态随机极其不规则，千变万化，系统同样存在不可消除的较大的误差。在计算方面，虽然计算体积模型的误差可以忽略，但是对测量煤堆的密度估算同样存在着较大的系统误差。由于整个系统集合了以上所有的分系统误差，直接导致传统的激光盘煤装置精度偏低的不足。所以很多电厂发现，激光盘煤仪买来之后，发现实际盘点结果的精度远远达不到某些厂家标称的精度值。2、可靠性不高。传统激光盘煤仪的工作过程比较复杂，其中包括煤堆取点（包括距离测量、方向角测量、垂直角测量）、数据转换（转换为三维坐标）、三维建模、体积计算环节，繁琐的工作过程导致可靠性不高。3、适应性不高。激光在雨雪、扬尘及雾霾天气里在空气中的传播容易受到影响，这会影响到取点及距离、角度的等测量。所以激光盘煤仪在以上环境条件下测量结果很不可靠，环境适应性不高。4、效率低。为了使盘煤仪能够达到一定的测量精度，必须在允许条件下尽可能多的取点（每个点测量距离、方向角度、垂直角度）；软件三维建模时也就必须处理大量测量点的数据来建立模型。以上两点都会导致整个盘煤过程的时间延长，使盘煤仪的工作效率低下。 发明内容[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： [0007] 一种料场重量检测方法，在料场处的地基上布设压力传感装置，所述压力传感装置用来实时检测作用面积上的压力，并将所述压力换算成料场上物料的重量。 [0008] 作为本发明方法的进一步改进：将所述料场分割划分成若干个检测单元，所述压力传感装置的布设采用阵列的形式，即由多个阵列单位组成，每个阵列单位对应一个检测单元。 [0009] 作为本发明方法的进一步改进：在每个压力传感装置的周围布设安装一个温度计以进行温度补偿、修正测量数据。 [0011] 本发明进一步提供一种料场重量检测系统，包括布设于料场处地基上的压力传感组件，所述压力传感组件检测作用面积上的压力并将所述压力换算成料场上物料的重量。 [0012] 作为本发明系统的进一步改进：所述压力传感组件包括多个压力传感器，所述压力传感器布设在地基上；所述料场分割划分成若干个检测单元，每个压力传感器与一个检测单元对应。 [0013] 作为本发明系统的进一步改进：所述检测单元的中央安放一平板，所述压力传感器安装于平板上，所述压力传感器固接于平板上后，在检测单元范围内回填颗粒物，所述回填颗粒物的厚度高出压力传感器；所述回填颗粒物的表面上设置有覆盖层。 [0015] 作为本发明系统的进一步改进：所述每个压力传感器的周围安装有温度计以进行温度补偿、修正测量数据。 [0016] 作为本发明系统的进一步改进：多个所述压力传感器沿料场的边界横向或者纵向方向上布置，每一个横向或纵向方向上的压力传感器串联成一条检测线路；每条检测线路布设个至少一个温度计作为温度补偿。 [0017] 作为本发明系统的进一步改进：还包括检测室，所有检测线路通过光缆引线引至检测室。 [0018] 与现有技术相比，本发明的优点在于： [0019] 1、本发明通过将压力传感壮汉子布置在料场处，由其产生的变化光信号通过光纤回传至计算机进行分析处理，由局部物料重量累计出全部的物料质量。压力传感装置能够对料场处库存量的信息进行准确、及时、高效的掌握，给库存智能化管控提供了依据。 [0020] 2、系统稳定。本发明的系统在料场内“一次”预先铺设光纤网络，可供长期使用，寿命周期内系统稳定性、可靠性高，雨雪、扬尘、雾霾气候环境因素对测量系统无任何影响，可进行全天候精确测量。同时，光纤传感器为无源元件，可简化系统结构。 [0021] 3、精度高。本发明提高了采集数据的精度，也大大降低了软件系统数据处理产生的系统误差，使该技术的精度较传统的盘煤装置有了质的提高。而且，传感器与软件系统信息传输不间断进行，可保证数据的实时性，可实施物料在线监测。 [0022] 4、效率高。本发明的系统具有“一次”系统装调、“直接”质量采集、“实时”信息更新的优点，使该技术免去了传统方式中对系统经常调整且调试困难、每次盘料周期过长等问题，使效率得到了很大的提高，可以用于物料总量、进出量等的在线动态监测与预警。附图说明 [0023] 图1是本发明方法的流程示意图。 [0025] 图3是本发明系统中光纤传感器的安装示意图。 [0026] 图4是本发明在另一种实例中的框架结构原理示意图。 [0027] 图5是本发明系统中应力传感器的另一种安装方式示意图。 [0028] 图6是本发明在又一种实例中的框架结构原理示意图。 [0029] 图例说明： [0030] 1、物料；2、光纤传感器；3、光纤温度计；4、平板；5、检测室；6、覆盖层；7、地基；8、回填颗粒物；9、检测单元；10、检测线路；11、钢板；12、细沙层；13、煤矸石层；16、信号发射单元；17、信号接收单元。 具体实施方式[0032] 本发明的料场重量检测方法，尤其适用于对料场进行动态的实时监测和管理。在料场处的地基7上布设压力传感装置。压力传感装置用来实时检测作用面积上的压力，并将所述压力换算成料场上物料1的重量。本发明可以适用于各种料场，例如大型人工砂石料场、港口仓库、人工堆山等等，以实现料场、堆山的实时称重。所述压力传感装置通常有振弦式和光纤传感器两种，本实例中选用光纤传感器为例。光纤传感器可以选择一个以上的光纤压力计，光纤压力计以其灵敏度高、量程大、准分布检测、稳定耐久性好、抗腐蚀适用于长期检测的特点，结合一定的检测布设方式，可完全解决大型料场、仓库、人工堆山的人工称重问题。 [0033] 光纤压力计可以根据实际需要采用布拉格光栅FBG结构或布里渊Brillouin散射或拉曼Raman散射结构。 [0034] 以下以所述压力传感装置采用光纤传感器组成光纤传感组件为例对本发明的料场重量检测方法加以说明。 [0035] 作为较佳的实施例，本实例中进一步将料场分割划分成若干个检测单元9，光纤传感组件的布设采用阵列的形式，即由多个阵列单位组成，每个阵列单位对应一个检测单元，一个阵列单位即为一个光纤光栅压力计，从而实现了料场的均分细化等效称重，提高了测量数值的准确度。优选地，所有检测单元9均为大小相等。 [0036] 以下通过长宽为50m×100m大小的场地为例，将50m×100m大小的场地，按5m×5m的规格划分为若干检测单元9。结合图1所示，在每一检测单元9内布设一个光纤传感组件的阵列单位（如：光纤传感器），从而构建成完整的光纤传感组件来检测整个料场的重量应力大小。当料场堆放库料达到稳定后，某检测单元9对应的阵列单位i测量到上覆应力大小为δi，则检测单元9内料场重力为:gi=δiAi，Ai为检测单元9的有效重力面积。因而料场整体的库料重力Gn为所有检测单元9的重力之和，即： 其中，有效重力面积Ai可视具体料场堆放情况进行一定修正。对于料场边界检测单元9，其上覆料体部分覆盖检测单元9，面积Ai进行等效修正。中心内部检测单元9上部完全覆盖料体，面积大小为 2 Ai的大小为25m。 [0037] 由于光纤传感器2对温度敏感，在长期料场、仓库、人工堆山重量检测时，光纤传感器2受环境温度变化有可能而产生测量偏差，本发明进一步提供温度补偿方案，对测量数据进行修正。即，在每个光纤传感器2的周围半径范围内布设安装一个光纤温度计3用来进行温度补偿，修正测量数据。光纤温度计3的内部原理结构与光纤应力传感器一样，只是让其不受应力影响，只受温度影响。把受温度影响的波长变化，对应光纤应力传感器进行补偿。另外也可以用其他测温的方法，对光纤应力传感器部分进行测温。 [0038] 如图2所示，本发明进一步提供一种料场重量检测系统，包括布设于料场处地基7上的压力传感组件，压力传感组件通常有振弦式土压力计和光纤传感器两种，本实例中选用光纤传感器为例。光纤传感组件实时检测作用面积上的压力并将所述压力换算成料场上物料1的重量。 [0039] 本实施例中，如图3所示，光纤传感组件包括多个光纤传感器2（如：光纤光栅土压力计）。光纤传感器2布设在人工处理地基7上（如：人工压密土体地面、水泥地面上）。检测单元9的中央安放长、宽、厚为一定值的钢板（如20cm×20cm×3cm），在其上安装光纤传感器2，并通过灌胶或电焊等方式固定在其上。优选地，钢板呈水平状安放于检测单元9的正中心。接着，在检测单元9范围内回填颗粒物，回填颗粒物8厚度应高出光纤传感器2。优选地，回填颗粒物8采用砂体。 [0040] 在其他实施例中，如图5所示，还可以将压力传感器（如光纤传感器2或其他类型）通过钢板11固定于地基7上，上面填充有细沙层12，细沙层12的顶部用多层煤矸石层13进行分层夯实。 [0041] 本实施例中，在每个光纤传感器2的周围半径范围内布设安装一个光纤温度计3用来进行温度补偿，修正测量数据。由于光纤传感器2对温度敏感，在长期料场、仓库、人工堆山重量检测时，光纤传感器2受环境温度变化有可能而产生测量偏差，本发明进一步提供温度补偿方案，对测量数据进行修正。 [0042] 本实施例中，如图2所示，多个光纤传感器2沿料场（仓库）的边界横向或者纵向方向上布置，每一个横向或纵向方向上的光纤传感器2串联成一条检测线路10。在具体应用时，为每条检测线路10布设个一个光纤温度计3作为温度补偿，即将对应的光纤温度计3通过光缆串联成温度补偿线路。 [0043] 本实施例中，还可以根据料场现场情况，建立检测室5，利用光缆引线将所用的检测线路10引至检测室5，接入解调设备，实现检测系统集成。所述料场重量检测系统还包括信号发射单元16和信号接收单元17，所述信号发射单元16和信号接收单元17分别设置在串联在一起的一组光纤传感器2的相对两端，且分别连接至所述检测室5。 [0044] 在另一实施例中，如图4所示，多个光纤传感器2沿料场（仓库）的边界横向或者纵向方向上布置，每一个横向或纵向上的光纤传感器2串联后的最后一个光纤传感器经检测线路10直接接入检测室5。具体地，所述检测线路10为光纤光缆。 [0045] 在又一实施例中，如图6所示，所述压力传感器采用振弦式土压力计，多个振弦式土压力计沿料场（仓库）的边界横向或者纵向方向上布置，每个振弦式土压力计分别通过检测线路10连接到检测室5。 [0046] 本发明的系统对料场的重量实时动态监测包括整体重量动态监测和局部重量动态监测。局部重量动态变化的监测最小区域可以为一个传感器单元区域；多个传感器单元区域可以组成较大的局部区域；而整体重量动态监测是建立在局部重量动态监测的基础之上的。 [0047] 本发明的系统通过料堆底部布置的光纤温度计采集的实时温度信息，可以获得料堆底部温度分布动态数据。这是对光纤压力传感器进行实时温度修正的依据，可以提高光纤压力传感器的测量精度，从而提高整个系统的测量精度。可以理解，所述光纤温度计也可为其他类型的温度传感器，当所述压力传感器为光纤传感器时，所述温度传感器对应采用光纤温度计为佳。 [0048] 本发明的系统可以通过布置在料堆底部的光纤压力传感器采集其上物料的压力信息；根据传感器应力-重量校定函数计算其上承载的物料重量；根据每个传感器的重量信息生成料场重量分布的三维柱状图；经过三维曲线平滑算法处理后进行三维坐标重建可得到料堆重量分布三维图；根据指定的物料参考密度可以生成料堆动态三维体积图。 [0049] 本发明的系统可以在时间域上进行料场实时、连续的物料增、减（与前一记录比较）记录，可以生成单位时间料场进（增）、出（减）料流量统计。 [0050] 本发明的系统进行料场实时、连续的物料总重量监测，与系统设定的储量高、低阀值进行比较，超出范围时进行报警；光纤温度传感器进行料场实时、连续的料场底部温度监测，与系统设定的温度限值进行比较，超出范围时进行报警。 [0051] 以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。 |
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